Simetria în natură

În primul rând, vom face cunoștință cu conceptele de bază ale teoriei simetrie

Dar prezența unor părți egale în figură nu este suficientă pentru a recunoaște o formă simetrică: în Figura 1, lobi d ale corolei sunt aranjate aleatoriu, neregulat, iar cifra este asimetrică, în partea de jos (D) petalele sunt aranjate uniform, natural și măturică simetrice. acest aranjament regulat, monoton de părți egale din figura în raport unul cu celălalt și sunt numite simetrie.

Fig. 1. Cuplurile petale un - compatibil ravnye- b - Oglinda ravnye- în - și compatibile și oglindă egal. Forme de cinci lobi: r - aranjate în raport unul cu altul d haotichno- - natural. superior figură asimetrică inferioară - simetrică.

Egalitatea dispunere a pieselor și figurilor de uniformitate sunt identificate prin operațiile de simetrie. operațiunile de Symmetry menționate se transformă, schimburi, reflecție și combinații ale acestora. dedesubt entorse înțeleg rotații convenționale în jurul axei de 360 ​​°, rezultând în părți egale forme simetrice interschimba, iar figura ca un timp întreg aliniate între ele. Axa despre care are loc rotația se numește axa de simetrie simplă (n). Acest nume nu este intamplatoare, la fel ca în teoria de simetrie axa distinge chiar complex de diferite tipuri. Numărul aliniamente forme cu ea însăși sub o rotație completă în jurul axei (N) Se numește ori axa. Figura 2 prezintă obiectele care au o singură axă comună de simetrie a unui anumit ordin. Acest tip de simetrie se numește axial sau axial.

dedesubt reflecții înțeleagă orice imagini în oglindă - la punctul linii, avionul. Un plan imaginar care împarte figura în două jumătăți în oglindă numite un plan de simetrie. Fiecare din reprezentată în figura 3 cifre - cancer, fluture, plante foaie - are un singur plan de simetrie, care se împarte în două părți egale specularly. Prin urmare, acest tip de simetrie în biologie se numește bilateral sau bilaterale.

Figura 4 prezintă corpul având nu una, ci patru planuri de simetrie care se intersectează pe axa a patra ordine. Simetria acestor organisme pot fi descrise după cum urmează: 4 *T. Figura 4 aici înseamnă o axă de simetrie de patru ori, o m - plan, punctul - trecere semn patru avioane pe axa. Formula generală a simetriei cifrelor este scrisă ca n * t, unde axa simbol, T - planșete simbol poate fi egal cu 1, 2, 3, .... In biologie, simetrie n * t Se numește radial (Din cauza unei avioane ventilator care se intersectează pe axa). Se înțelege că simetria bilaterală - un caz special radial, ca în acest caz, T = 1 * T.

transferuri - se deplasează de-a lungul unei linii drepte AB de la distanță a. O astfel de operațiune este aplicabilă numai pentru obiectele care se extind într-o anumită direcție AB. Calea cea mai mică și, care ar trebui să fie transmise cifrele următoare, înainte de o auto-aliniere se numește prin transfer elementar. operațiune de transfer corespunde, de asemenea, la un element particular de simetrie - Axa de despărțire în silabe (a): drept AB sau orice linie paralelă AB. Axa silabe (a) numai figuri infinite inerente, cele nesfîrșit întinse numai într-o anumită direcție (cum ar fi „bare“), în două direcții particulare (cum ar fi „straturi“), în special trei direcții (cum ar fi „cristale“). Se presupune că organismele nu sunt extinse la infinit în oricare direcție (de tipul prezentat în figurile 2, 3, 4, 5), caracterizat printr-un corp mai unidimensionale zero, simmetriya- alungite într-o anumită direcție, - o simetrie unidimensional, în două - simetrie dimensionale , trei - simetrie dimensională. Acum, fiecare dintre acestea uita-te la simetria ordinului.

Fig. 2. Simetria axială: a - meduza Aurelia insulinda- b - copii vertushka- la - molecula unui compus chimic. Prin transformarea acestor cifre 360^despre figurile părți egale coincid cu altele, respectiv 4, 4, 6 ori.

simetrie Zero-dimensionale, așa cum sa menționat deja, este inerent în corpurile, tse infinit extins în oricare direcție. Evident, o astfel de simetrie litere separate, un singur atom de carbon (C), plante cu frunze, crustacee, umane, moleculele de dioxid de carbon (CO₂), Apă (H₂O), Pamantul, sistemul solar. Aceasta include, de asemenea, unele organisme primitive foarte simetrice (Fig. 5). Este teoretic posibil nenumărate specii de simetrie-dimensionale zero. Cu toate acestea, aproape în viață natură Cele mai frecvente sunt deja cunoscute pentru noi un fel de simetrie și n * m și în special în cazul particular al ultimului tip 1 * m = m. Curios, simetria bilaterală m în natură neînsuflețită nu are valorile dominante, dar foarte bogat reprezentate în natură. Este caracteristic structurii corpului extern, mamifere, păsări, reptile, amfibieni, pești, multe moluște, crustacee, insecte, viermi și multe plante, cum ar fi flori snapdragons.

Fig. 3. Dublu-verso sau bilaterale de simetrie. Prin mijlocul cifrelor - cancer, fluturi, plante cu frunze - planul de simetrie se extinde, împărțind fiecare dintre figurile de pe cele două jumătăți oglindite.

Se crede că o astfel de simetrie este asociat cu diferențe în mișcările organismelor sus - jos, înainte - înapoi, în timp ce mișcarea lor spre dreapta - la stânga în același mod. Violarea simetrie bilaterală conduce inevitabil la inhibarea mișcării uneia dintre laturile și schimbarea în mișcarea de translație circulară. Nu este un accident în mișcare în mod activ animale sunt bilateral simetrice. Dar acest tip de simetrie are loc în organisme fixe și organismele lor. Apare în acest caz, datorită condițiilor diferite, care sunt atașate și partea liberă. Aparent, acest lucru explică bilaterale unele frunze, flori și raze de polipi de coral.

Fig. 4. simetrie radială: o floare rasteniya- b - hydromedusa klitsiya- în - schema de patru planuri de simetrie care trec prin figurile a și b. Ei au o a patra axă de simetrie și ordine care se intersectează patru avioane de reflecție.

Video: Scoala de monstri. Math. Simetria. Lecția 39

Fig. 5. perfecte tridimensionale la zero organisme primitive simetrice - radiolari: A - sferic, care conține un număr infinit de axe de ordine infinit + număr infinit de planuri ale centrului de simetrie simmetrii- + b - cub simetrie cub caracterizat axe exhaustive 3 + 4 axe de patru ori din al treilea ordin + 6 axele planurilor de ordinul al doilea 9 + + + + centru in simmetrii- - dodecahedral, caracterizat prin simetrie poliedre regulate - dodecaedru și icosaedru exhaustiva 6 axe fivefold 10 axe + tr etego despre axele 15 ale avioanelor de ordinul al doilea + 15 + + + centru de simetrie.

One-dimensional simetrie corpurile inerente în primul rând întins într-o singură direcție orice especial în al doilea rând, în direcția prelungită din cauza unei repetarea monotonă - „propagare“ a uneia și aceleiași părți. Aceasta este, de exemplu, simetria matrice liniare nesfârșit de aceleași litere A: AAAAAA ... ... Din obiecte biologice, cum simetrie sunt cele mai importante pentru molecule lant metabolismului polimerice proteine, acizi nucleici, celuloză, virusul mozaic de tutun krahmala-, muguri spiderwort, segmente ale corpului și multe alte Polichete animale (Fig. 6). În cele din urmă, observăm că simetria moleculei de ADN, virusul mozaicului de tutun din cauza transferului + cotitură. Prin urmare, axa lor de simetrie și cuprinde un tip elicoidal relevant. Simetria evadare datorită transferului Tradescantia + reflexia r. E. este limitat la un singur alunecare de reflecție plan. simetrie bidimensională Ei au corpul, în primul rând întinsă în două direcții reciproc perpendiculare, și în al doilea rând, alungit în aceste zone, datorită „reproducerea“ de una și aceeași parte. Un exemplu este simetria bidimensională a seriei infinite de litere de tip A

și tablă de șah fără sfârșit construite repetiție fără sfârșit de pătrate albe și negre, în cele două direcții perpendiculare una pe cealaltă. De la un obiecte biologice au ornamente simetrie plane de cristal se confruntă enzime, solzi de pește, felii de celule biologice, țiglă interpunerea frunze „imagine electronică“ a unei secțiuni transversale a fibrilelor musculare comunități omogene de organisme straturi pliate lanțuri polipeptidice (Fig. 7).

În concluzie, menționăm: simetrie bidimensional și tridimensional și se caracterizează prin aceleași elemente de simetrie ca-dimensional zero și o singură dimensiune.

Fig. 6. unidimensional simetrie: a - modelul unei molecule de ADN b - un model al virusului in mozaiki- tutun - scape tradeskantsii- g - poliheta- top - bordură.

simetrie tridimensională corpurile inerente în primul rând întinsă în trei direcții reciproc perpendiculare, iar în al doilea rând, alungite în cele trei direcții, datorită repetarea monotonă a acelorași părți. cristale biologice O astfel de simetrie construite repetiție „infinit“ a acelorași celule cristaline - în lungime, lățime și înălțime (figura 8.).

Fig. 7. O simetrie bidimensional (modele plane): și - cântare ryb- b - strat plisat polipeptida tsepey- in - ornament egiptean.

Obiectele a căror simetrie este epuizată numai simplă (circulară) sau (i) portabile (translațională) sau (u) șurub axe de simetrie, numite disimetrice, t. e. simetrie supărat. Aceste obiecte includ și o simetrie axială a corpului. Din toate celelalte obiecte disimetrice diferă, în special, o atitudine foarte ciudat la reflexie. Dacă corpul racului (fig. 3), după oglindire nu se schimba forma, panselute flori axial (Fig. 9), asimetric coajă scoică în spirală, cu cristale de cuarț, moleculă asimetrică după reflexie schimba forma lor, dobândind o serie de semne opuse . Astfel, carcasa spirală a gasteropode, situată în fața oglinzii, ghemuit pe stânga la dreapta și o oglindă - dreapta până la stânga și așa mai departe ..

Video: 3D | Oglinda Mondială: simetrie în natură

Fig. 8. tri-dimensională de simetrie. Un cristal mic de proteine ​​virusului necrozei tutunului la microscop electronic (mărire de 73 mii. Times). In mod clar vizibile frumos aranjate în trei zone diferite ale moleculei de proteină.

În ceea ce privește un caz simplu, special de simetrie axială (N = 1), este cunoscut pentru biologi pentru o lungă perioadă de timp și se numește asimetric. De exemplu, este suficient să se facă referire la imaginea structurii interne a marea majoritate a speciilor de animale și oameni.

Deja din exemplele de mai sus se poate vedea cu ușurință că obiectele disimetrice pot exista în două variante: original și o reflecție oglindă (o mână umană, coji de moluste, bătătoare pansele, cristale de cuarț). În acest caz, una dintre formele (indiferent care) se numește dreapta - P, iar celălalt stânga - L. Este foarte important să înțelegem că dreapta și stânga sunt numite nu numai mâinile sau picioarele omului, dar, de asemenea, orice organism disimetrice - șuruburi de pe dreapta și filet pe stânga, organisme, corp lipsit de viață.

biologie de detectare și faunei sălbatice P- și forma L a stabilit o serie de probleme noi și foarte importante, dintre care multe sunt rezolvate acum metode matematice și fizico-chimice complexe.

Primul - este problema legilor care reglementează forma și structura P- și obiectelor-L biologice (obiecte biologice). Cea mai importantă realizare aici - crearea teoriei P- structurii și a obiectelor-L biologice. Bazat pe ea, o mulțime de complet noi tipuri și clase de izomerie a fost prezisă prezis si descoperit de oamenii de știință sovietici izomeri biologici. Izomerie - un set de obiecte cu structuri diferite, dar în același set de părți constitutive ale acestor obiecte. Figura 10 prezintă coroanele izomerie prezis apoi descoperite în mai multe zeci de mii de copii ale corolei aproximativ 60 de specii de plante. Aici, în fiecare caz, numărul de petale de aceeași - 5 diferite numai pozițiile lor relative.

Video: Simetria axială în natură

A doua întrebare este cât de des P- și formele L de obiecte biologice? Sa constatat că incidența acestor forme (E) este guvernat de următoarea natură generală pentru toate modelele: fie TU = EA sau EP > EL sau EP < ЕЛ форм — соответственно для одних, других, третьих биообъектов. Например, ЕH форм листьев бегонии и традесканции равна ЕЛ их форм. Нарцисс, ячмень, рогоз и многие другие растения — правши: их листья встречаются только в П-винтовой форме. Зато фасоль — левша, листья первого яруса до 2,3 раза чаще бывают Л-формы. Задняя часть тела lupi și câini atunci când rulează mai multe au intrat într-o parte, astfel încât acestea sunt împărțite în dreapta și levobegayuschih. Păsări stângaci ori aripile lor, astfel încât aripa stângă este suprapus pe dreapta, iar Dreptaci - dimpotrivă. unele porumbei atunci când zboară preferă să se rotească spre dreapta, iar celălalt - spre stânga. In timpul ca porumbeii au fost mult timp printre oamenii sunt împărțite în „pravuhov“ și „levuhov“. Căușe frutitsikola lanttsi principal găsite înfășurate-P. Este de remarcat faptul că, atunci când hrănirea morcovi forma P dominantă a crustacee cresc bine, și antipozii lor - L-crustacee pierde in greutate in mod dramatic. Ciliate-pantofi din cauza aranjament spirala cililor pe corpul ei sa mutat într-o picătură de apă, precum și multe alte tirbușon simplu, levozavivayuschemusya. Ciliate, purtat în mediul potrivit pentru un tirbușon, sunt rare.

Multe fapte interesante pot informa știința de simetrie și a persoanei. După cum se știe, media globului aproximativ 3% din stângaci (99 milioane). Și 97% dreptaci (Mill 3 miliarde. 201.). Interesant, centrele de vorbire din creier în dreptaci din partea stângă și stângaci - dreapta (în funcție de alte surse - în ambele emisfere). Jumătatea dreaptă a corpului este controlat de stânga și stânga - emisfera dreapta, iar în cele mai multe cazuri jumătatea dreaptă a corpului, iar emisfera stângă este mai bine dezvoltată. Oamenii au fost cunoscute de inima pe partea stângă a ficatului - pe dreapta. Dar, la fiecare 7-12 mii. Oamenii sunt oameni, care au toate sau o parte din organele interne sunt inversate, adică. E. Dimpotrivă. Dar cea mai importanta descoperire in acest domeniu a fost realizat la nivel molecular chimic. Famous om de știință francez Louis Pasteur și mulți alți oameni de știință au descoperit că celulele organismelor constau în principal sau predominant numai de L-aminoacizi, L-proteine, acizi nucleici P, P-zaharuri, L-alcaloizi. O caracteristică numită protoplasmă Pasteur disimetrie protoplasmă.

Fig. 9. obiecte disimetrice: a - flori pansea glazok- b - coajă în mollyuska- - cristale kvartsa- g - un model de molecule asimetrice.

A treia întrebare - despre proprietățile P și formele L. Realizarea principal aici - această deschidere viață disimetrie (URSS). Se pare că un număr de proprietăți P și formele L ale obiectelor biologice sunt calitativ diferite. Iată câteva exemple. cunoscut pe scara larga de antibiotice penicilina produsa de ciuperca numai în P forme- formă de L preparată în mod artificial sale inactive antibiotic. În farmaciile vândute la antibiotice cloramfenicol, mai degrabă decât antipodul său - pravomitsetin ca ultima pe proprietatile medicale este considerabil inferior primul. Alcaloidul tutun conținut-L nicotină. Este de mai multe ori mai toxic decât preparat în mod artificial P-nicotină. sfeclă de zahăr mai comună elicoidal L-rădăcină conțin 0,5 până la 1% mai mult zahăr decât P-rădăcini. Majoritatea apar (2-3%) din aranjament stângaci frunze cocotieri randament mai mare (în medie 12%) decât P copaci. Semințele de floarea soarelui A-mai multe plante oleaginoase (1,4%) decât plantele P semințe. Boxes in obținute cu diferite corolă izomerie difera atât cantitativ cât și calitativ, pentru conținutul de acizi grași.

A patra întrebare: ce este cauza ea, și nici alte proprietăți P- și formele L? Nici o teorie pentru a răspunde la această întrebare, nu există încă. Ipotezele propuse se bazează pe condiționarea moleculară și chimică a P- și L-modificarea organismelor și a organismelor lor. În special, s-a constatat că, prin creștere organisme mikoides batsillyus de pe un agar-agar cu P- și L compuși (sucroza, acid tartric, aminoacizi), L-forma poate fi transformat într-un P-formă și în formă de U în L-formă. În unele cazuri, aceste schimbări au fost, eventual ereditar lung. Aceste experimente indică faptul că P- sau L-formă externă organisme depinde de metabolismul și implicat în schimbul de P- și A-molecule.

Fig. 10. izomerie flori corolă de plante.

Uneori, conversia P-forme în forma L și de vice-versa au loc fără intervenția omului. Academicianul Vernadsky a subliniat că toate cochilii de moluste fosili fuzus antikvuus găsite în Anglia, în formă de L și moderne cojile - U-forma. Evident, cauzele acestor modificări, a evoluat pe perioade geologice.

Desigur, schimbarea speciilor de simetrie ca evoluția vieții nu a avut loc numai în organisme disimetrice. De exemplu, unele echinoderme au fost forme mobile odată dvustoronnesimmetrichnymi. Apoi au trecut la un stil de viață sedentar, și ei au dezvoltat o simetrie radială (deși larve au păstrat încă simetrie bilaterală). În unele dintre echinodermele, al doilea a trecut la un stil de viață activ, simetrie radială este înlocuit din nou cu (aricilor neregulate, castraveți de mare) bilaterale.

Video: La un pas de nebunie. simetrie

Până acum am vorbit despre motivele pentru definirea P- și forma L organisme. Și de ce aceste forme nu sunt în cantități egale? De regulă, este mai mare decât sau P- sau formele L. Conform uneia dintre ipoteze foarte plauzibile, cauze pot fi particule elementare disimetrice, iar lumina din dreapta, care este în exces slab este întotdeauna prezent în lumina soarelui împrăștiate și este format prin reflexia luminii convențională de pe suprafața oglinzii a mărilor și oceanelor. Toate acestea ar putea duce la faptul că, în primul rând a început să se întâlnească în cantități inegale de dreapta la stânga și forma molecule organice disimetrice, iar apoi P- și L-organisme și părți ale acestora.

Acestea sunt doar câteva întrebări biosimmetriki - știința de simetrie și asimetrie în natură.